一種基於拉錐型的mzi氫氣傳感器的製造方法
2023-06-01 10:26:11 1
一種基於拉錐型的mzi氫氣傳感器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於拉錐型的MZI氫氣傳感器，包括寬帶光源、光纖環形器、光譜分析儀和MZ幹涉儀，其特徵在於：所述的MZ幹涉儀由單模光纖組成，單模光纖內部含有空氣腔，對其進行加熱拉錐處理，在單模光纖側面塗敷有Pd膜，從而構成MZI氫氣傳感器；單模光纖的另一端與光纖環形器連接，寬帶光源、光譜儀分別與光纖環形器的另外兩端連接。本實用新型具有製備簡單、成本低、體積小和靈敏度高等優點。
【專利說明】
一種基於拉錐型的MZI氫氣傳感器
技術領域
[0001]本實用新型屬於光纖傳感技術領域，具體涉及一種基於拉錐型的MZI氫氣傳感器。 【背景技術】
[0002]氫氣是一種高效潔淨的燃料，具有潛在的可無限循環利用的能源。同時，氫氣作為新一代可再生能源，不僅清潔環保，並且具有豐富的來源。然而氫氣分子的體積非常小，極易洩漏。空氣中氫氣濃度在4%_75%時遇到明火即可爆炸，因此在運輸、儲存、使用過程中， 對環境氫氣濃度進行實時監測是一項十分必要的安全性工作。已經研製出的基於電特性工作原理的氫氣傳感器，在使用的過程中易產生電火花，有引起爆炸的可能性。與傳統的氫氣傳感器相比，光纖氫氣傳感器通過光信號進行檢測，具有本質防爆、體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁幹擾、靈敏度高和精度高等優點。光纖氫氣傳感技術就受到了廣泛的關注。目前， 光纖氫氣傳感器的類型主要有光纖幹涉型、微透鏡型、倏逝場型和布拉格光柵型等。消逝波型光纖氫氣傳感器只適合探測低濃度氫氣濃度範圍，表面等離子體共振型光纖氫氣傳感器雖然能吸收很寬的氫氣濃度範圍，但是其響應時間慢，不能起到報警作用。FBG氫氣傳感器的抗幹擾能力強，因為它是基于波長調製的，從本質上排除了光強波動的影響；而且它的復用性好，便於構成光纖網絡。但是，FBG氫氣傳感器需要較複雜的技術和昂貴的光纖器件來進行波長位移的檢測，同時還需要大功率的寬帶光源或波長可調諧光源，因此檢測的解析度和動態範圍會受到一定限制，使用這種傳感器的成本也會很高。
【發明內容】
[0003]為了解決上述現有技術的不足，本實用新型提供一種基於拉錐型的MZI氫氣傳感器，將含有空氣腔的單模光纖進行拉錐從而構成MZI氫氣傳感器，此傳感器具有製備方便、 結構簡單、成本低和靈敏度高等優點。
[0004]本實用新型所採用的技術方案:一種基於拉錐型的MZI氫氣傳感器，包括寬帶光源、光譜分析儀和馬赫曾德幹涉儀，其特徵在於:所述的馬赫曾德幹涉儀包括單模光纖，其內部有一個空氣腔，對其進行火焰加熱拉錐處理，在單模光纖側面塗敷有Pd膜，從而構成高靈敏度的MZI氫氣傳感器;將單模光纖的另一端與光纖環形器的一端連接，寬帶光源、光譜分析儀分別與光纖環形器的另外兩端連接。
[0005]本實用新型的有益效果是:
[0006]1.傳感器整體材料為單模光纖，且製備過程中只需使用普通商用光纖熔接機對單模光纖進行放電處理從而內部形成一個空氣腔，具有製備方便、成本低、結構緊湊等優點。
[0007]2.傳感器進行火焰加熱拉錐處理，使得該MZI氫氣傳感器的靈敏度遠高於一般的氫氣傳感器。
[0008]3.所述傳感器的工作原理是:MZI是基於雙光束幹涉儀，雷射器發出相干光，將兩根長度相同的單模光纖作為MZ光纖幹涉儀的兩個臂，光分別兩根光纖後輸出的兩個光束相互疊加產生幹涉。
[0009]幹涉級次m公式如下:
[0010]m= A L/A(1)
[0011]當外界因素引起光程差的改變，都會使m發生改變，從而引起幹涉條紋的移動。因此，光束在該MZI氫氣傳感器傳輸時，纖芯中傳輸的光經過空氣腔前壁面時被分成兩路，一路繼續沿著纖芯傳輸，另一路在包層中傳播，當光經過空氣腔後壁面時在纖芯中合成一束光，當Pd膜吸氫後體積膨脹空氣腔腔長會拉長，從而會使得光程差發生變化引起幹涉譜發生漂移，通過檢測MZI諧振波長漂移量即可準確確定氫氣濃度，其與一般氫氣傳感器相比具有靈敏度高的優點。【附圖說明】
[0012]下面結合附圖及具體方式對本實用新型作進一步說明。
[0013]圖1是本實用新型MZ幹涉儀結構圖；
[0014]圖2是MZI氫氣傳感器測試系統示意圖；
[0015]圖中:1.M-Z幹涉儀，2.單模光纖，3.錐腰區域，4.空氣腔，5.寬帶光源，6.光譜分析儀，7.光纖環形器。【具體實施方式】
[0016]基於拉錐型的MZI氫氣傳感實驗，包括寬帶光源5、光纖環形器7、光譜分析儀6和MZ 幹涉儀1，其特徵在於:所述的拉錐型MZ幹涉儀1包括單模光纖2,單模光纖內部有一個空氣腔4，空氣腔4下方進行火焰加熱拉錐處理，在其單模光纖側面塗敷有Pd膜;單模光纖2的另一端與光纖環形器7的一端連接，寬帶光源5、光纖光譜儀6分別與光纖環形器7的另外兩端連接。[〇〇17]當寬帶光源發出的光進入馬赫曾德幹涉儀1時，光沿著纖芯傳播時經過空氣腔前壁面被分成兩路，一路在包層中傳輸，另一路在纖芯中傳輸，當pd膜吸氫後體積膨脹，由於應力的作用空氣腔會被拉長，從而光程差隨之改變，光束經過空氣腔後壁面時在纖芯中合成一束光，兩個光束相互疊加產生的幹涉譜發生漂移，光譜儀實時記錄MZI氫氣傳感器的幹涉譜，尤其是幹涉譜中的諧振波長值。通過比對諧振波長的變化從而確定氫氣濃度大小。該傳感器與一般氫氣傳感器相比具有靈敏度高、結構簡單、成本低等優點。
【主權項】
1.一種基於拉錐型的MZI氫氣傳感器，包括寬帶光源、光纖環形器、光譜分析儀和MZI， 其特徵在於:所述的MZI包括單模光纖，單模光纖內部有一個空氣腔，在其下方進行火焰加 熱拉錐處理，然後在單模光纖側面塗敷有Pd膜，從而構成高靈敏度的MZI氫氣傳感器，將單 模光纖的另一端與光纖環形器的一端連接，寬帶光源、光譜儀分別與光纖環形器的另外兩 端連接。2.根據權利要求1所述的一種基於拉錐型的MZI氫氣傳感器，其特徵在於:空氣腔腔長 約為30-40um，錐腰直徑為50-60um。
【文檔編號】G01N21/25GK205691494SQ201620648837
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月21日 公開號201620648837.1, CN 201620648837, CN 205691494 U, CN 205691494U, CN-U-205691494, CN201620648837, CN201620648837.1, CN205691494 U, CN205691494U
【發明人】李萍, 徐賁
【申請人】中國計量大學